l10千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算

1、国际学院课程设计报告（20122013学年 第二学期）题目110千伏单电源环形网络相间短路保护的整定计算院（系、部）电气工程系课程名称电力系统综合课程设计专 业电气自动化技术班 级 2 011级电气工程1班学 号3姓 名john指导教师 老师目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章原始资料3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二章设计容5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1、计算网络各参数5 HYPERLINK

2、 l bookmark15 o Current Document 2、运行方式的选定63、最大短路电流计算7 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 4、线路保护方式的确定9 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document （1）AB线路1QF的整定9（1）BC线路3QF的整定 10 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document （1）DB线路5QF的整定 12（1）DA线路7QF的整定135、继电保护的主接线图146、继电保护综合评价16 HYPERLINK l bookma

3、rk33 o Current Document 第三章设计心得 17 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 第四章参考文献17(1)网络的接线如图1-1所示3X5网2X40MVACOS*-O. 55IK-10. 5%Xd=Dr 129(1)网络的接线如图1-1所示3X5网2X40MVACOS*-O. 55IK-10. 5%Xd=Dr 129UK=10.5S第一章原始资料2X2(WALK=tO. 5、CH-DCH20. 30.CCH-D5MK2gTJAIK-IO 5CH皿-H3Ch342DMVAUK=10.5H图1 1(2)网络中各线路均采用带方向或

4、不带方向的电流电压保护，变压器均采用纵差动保护作为主要保护。其中变压器均为Y11接线。(3)发电厂的最大发电容量为3X50兆瓦，最小发电容量为2X50兆瓦。(4)网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行。(5)允许的故障切除时间为0.7秒。(6)110千伏开关均采用DW3110型(MKM-110型)，它的跳闸时间为0.050.03秒。(8)线路A2、B3、A4、D2的最大负荷电流分别为230A、150A.、230A、140A, 负荷的自启动系数均为1.5。(9)各变电所引出线上后备保护的动作时间如图示，后备保护的t 0.5s。(10)线路的电抗均为0.4欧/公里。电压互感器的变比为11

5、0000/100。其它参 数如 示。(1)选择相应计算短路点，并计算各段路点的短路电流1K和残余电压Ures。注意： 计算U和I时，必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原 res K则或依据，以及计算时考虑的其他因素。计算结果除用表格列出外，并需列出计 算时 采用的公式及计算举例(不必列出每个计算值的计算过程)。表格形式如表1-1所 示，残余电压表格和短路电流表格一样。表I I型Ki后心心（2）确定保护1、3、5、7（或2、4、6、8）的保护方式，以及它们的1配（动作电流 整定值）、Upu （动作电压整定值）、以领（灵敏系数）和tpu （动作时限整定值）。 注 意：在做保护方式的选择及

6、整定计算时，应说明所选用保护方式的原则，每个保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。整定计算时所采用的整定例说明一下计算方法）。表格形式如表1-2和表1-3所示。整定计生姑如例说明一下计算方法）。表格形式如表1-2和表1-3所示。整定计生姑如- S备注、一次面、1一次值1二次传表灵敏度校峻结果近后备远后备（3）绘出保护5（或4）的继电保护接线图（包括原图和展开图），并要用表格列出该保护需要设备的型号、规格及数量。(4)根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏 性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。第二章设计容1、计算网络各参数计算短路电流

7、时，各电气量如电流、电压、功率和电抗等的数值，可用有名 值表示，也可用标么值表示。为了计算方便，在低压系统中宜用有名值计算法，在高 压系统中宜用标么值计算法。标么值计算法标么值就是相对值算法，用新选单位进行某物理量的衡量，衡量的值称标么值。有名值计算法每个电气参数的单位是有名的，而不是相对值。在比较简单的网络中计算短路电流也常常采用此方法，在使用此方法计算短路电流时，应特别注意的是:必须将各 电压等级的电气参数都归算到同一电压等级上来。(1)电机参数的计算发电机的电抗有名值：X觥)Un2d100SN发电机的电抗标幺值:(%)SB100Sn式中 X (%)发电机次暂态电抗；UN发电机的额定电压；

8、UB 基准电压230KV；SB基准容量100MVA；SN 发电机额定容量，单位MVA。(2)变压器参数的计算双绕组变压器电抗有名值：X Uk(%)UnLT 100Sn双绕组变压器电抗标幺值：XUk (%)SBT*100Sn式中UK(%)变压器短路电压百分值;UN发电机的额定电压;UB基准电压230KV； SB 基准容量100MVA； SN 变压器额定容量。二115V ,基准电流一二 132.25Q。假设选取基准功率Sd=100MV - A，基准电压Ud =d = 10 u= 0.502KA,基准电抗 Z 二一11 -73U二115V ,基准电流一二 132.25Q。J3X11J31d7 3X5

9、0J3X11（1）电机及变压器参数的计算2* 二 X* 二 X* 二 X , d = 0.129 X = 0.258G1G3S?_ 10s而乂 100 .d G1G3S?_ 10s而乂 100 .d X 一50 0.263T1T2 10010040SnSn S, 10.5 乂 100 d XU k 1T3 而 100600.175U X* X * k10.5 100X0.525T4U X* X * k10.5 100X0.525T4T5 T6 T7T810010020(2)*ZL(2)*ZLAB*输电线路参数的计算100d 0.4 X 40 X=Z 丁115r 一-ZL A Sd - 0,4

10、X 60 X100 -0.1210.181ZLB y1152CS100*d 0.4X 50 XZL=ZCD L C U11152 0.151D S*SdD S*Sd- 0.4Z =Z U,L DA L D 2X 50 X1001152 0.1512、运行方式的选定原则确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行方式来确定保护的 整定值，以保证选择性，在其它运行方式下也一定能保证选择性，灵敏度的校验应根据最小 运行方式来校验，因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能满足要求。（1）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继 电保护而言称为系统最大运行方式，

11、对应的系统等值阻抗最小。它是指供电系统中的发电机， 变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短 路电流最大，发电机容量最大。（2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继 电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等值阻抗最大。它是指供电系统中的发电机， 变压器，并联线路部分投入的运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大， 短路电流最小，发电机容量最小。最大运行方式下的8最大运行方式下的8最小电源阻抗0.263z 二一z 二一2 +s- min一 (0.258 + 0.175)= 0.261 0.433 = 0.1

12、63 2最小运行方式下的最大电源阻抗Z ；sZ ；s- min0.258+ 0-263 = 0.26123、最大短路电流计算，并计算各段路点的短路电流Ik和残余电压Ures。为计算动作电流，应该计算最大运行方式下的三相短路电流，为检验灵敏度要计算最小运行方式下的两相短路电流。为计算1QF、3QF、5QF、7QF的整定值，根 据如上系统图可知，最大运行方式要求8（断开，等值阻抗图如下：0.263计算三相短路电流：I二d- k Z*+Z*（2）s/3min（3）计算两项短路电流：I二 kl k 2计算残余电压：U res二 I（3）以K1点发生三相短路为例. 计算残余电压：U res二 I（3）以

13、K1点发生三相短路为例. ZLI（3）K1=dZ*H*L- As- min BL- BL- CD0.502 l- c二 0.654KACDJ30.163 # 0.121 + 0.181 + 0.151 + 0.151二一I= x 0.654 = 0.567KA 1K 2（3）K1 2 = 0.654 X 0.151 X 132.25 = 10.46KVU，二T res - 1L DAIk1同理得K2、K3、K4G各个短路点短路电流和残余电压保护统二号、点-I（KA）I（KA）最大运行方式最小运行方式K10.6540.567K20.8150.7058K31.080.9353K41.7681.53

14、11K53.082.667短系二统嚏二一护行二X 式号 点、Ures（KA）Ures（KA）最大运行方式最小运行方式K110.4610.46K216.3016.30K325.8525.85K428.2928.29K549.2949.29电网的短路电流分布图4、线路保护方式 的确定（一）线路保护配置的一般原则（1）考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运 行， 相当于双电源运行一定要加方向元件。在110KV等级电力网络中，三段式电流保护可 能在系统最小运行方式下没有保护围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的 情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本

15、可以保证系统正常运 行。（2）对于110KV及以上的电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。当 故障 元件的一套继电保护装置拒动时，由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障。 而当断路器拒绝动作时，启动断路器失灵保护，断开与故障元件相连的所有联接电源 的断路器。（3）对瞬时动作的保护或瞬时段保护，其整定值应保证在被保护元件发生外部 故障 时，继保装置可靠且不动作，但单元或线路变压器组的情冰况除外。（4）110KV线路保护应按加强主保护简化后备保护的基本原则配置和整定。其中两 套全线速动保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立；每一套全线速动保护对 全线路发生的各种类型故障，均能快速动作

16、切除故障；两套全线速动保护应具有选相 功能；两套主保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈；两套全线速动保护分别使用 独立的远方信号传输设备；具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应 为：对近端故障不大于20毫秒；对远端故障不大于30毫秒。（5）考虑系统的运行方式：110KV高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置 零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。（二）保护方式的确定及动作 值的整定保护1、3、5、7的等效电路图如下图所示。（1）AB 线路 1QF 的整定瞬时电流速断保护线路AB末端的最大三相短路电Ikbmax=1.768KA取K国二1.3,则保护1的电

17、流保护第I段动作电流为I = KI -1（3）= 1.3 X 1.768 = 2.298KAI1op-1rel K- B MAX保护围的校验最小运行方式下，AB线路X处两相短路的电流为:二un= 1.5311KAI )K MI 2(Zs +X%XZ L - AB )N- maxNN2处1.531X% X Z Z s- max =- 0.261 义 132.25 = 1.4L- AB 2I k - minX% =10.121X132.2 = 8.7% 15% 5灵敏度不满足要求，可采用电流电压联锁保护来提高保护的灵敏度。带时限电流速断保护：与保护3的第I段相配合1.08KAIoprel K C

18、MAX11 = 1.1 ，则 IllKlI -Il = 1.1 x 1.404 = 1.544KAop rel op - 3rel动作时限为t%灵敏度校验 =tI + t = t = 0.5s本线路AB末端的最小两相短路电流I1.08KAIoprel K C MAX11 = 1.1 ，则 IllKlI -Il = 1.1 x 1.404 = 1.544KAop rel op - 3rel动作时限为t%灵敏度校验 =tI + t = t = 0.5s本线路AB末端的最小两相短路电流I（2）kbmin1.5311KA故KsenI（2）_K- B- MIN = 1.0 15作远后备时，按相邻线路BC

19、末端的最小两相短路电流IKMIN来校验， 渭。min6 = 0.9353IIIIKsenop0.4871 : 19 12=, 1BC线路3QF的整定瞬时电流速断保护线路BC末端的最大三相短路电IKcMAX=1.08KA取I=1.3,则保护3的电流保护第I段动作电流为I = Ki -I(3)= 1.3 X 1.08 = 1.404KAIopIoprel K- C- MAX- 3保护围的校验最小运行方式下，BC线路X处两相短路的电流为:- 3保护围的校验最小运行方式下，BC线路X处两相短路的电流为:二 un = 0.9353KAK- MI 2(Zs +X%XZ L - BC )NX% X, max

20、UN(2)-Z s- max = 110ZL- BC 21k - min2X0.9350.261 X 132.25 = 24.29-3X% = 一24.29n 1al X1 9 = 100% 15%0.181X132.25带时限电流速断保护：与保护5的第I段相配合保护5的电流保护第I段动作电流为I(3)KDMAX=0.815KA I = Ki - I(3)= 1.3 X 0.815 = 1.0595KAIopIoprel K D MAXrelII = 1.1 ，则 relII = 1.1 ，则 IllopK1 - II = 1.1 x 1.0595 = 1.165KArel op - 5动作时

21、限为t1灵敏度校验 =tI + t= t=0.5s本线路BC本线路BC末端的最小两相短路电流I(2尔cMIN0.9353KA故Ksen故KsenI(2)K-。MIN = 0.8 15作远后备时，按相邻线路BD末端的最小两相短路电流IKDMIN来校验， iK2)D m2 = 0.7058IIIIKsenop0.3176 二 2.2 1.2DB线路5QF的整定瞬时电流速断保护线路DB末端的最大三相短路电IKDMAX=0.815KA取K国二1.3,则保护5的电流保护第I段动作电流为I 二 KI - I（3）= 1.3 X 0.815 = 1.0595KAIopIoprel K- D- MAX, 5保

22、护围的校验最小运行方式下，DB线路X处两相短路的电流为:IK,MIUN二 0.7058KA2(Zs +X%XZ L IK,MIUN二 0.7058KA2(Zs +X%XZ L . DB )X%, maxUN -Z s-ZL- DB 21k - min110max 一 -0.261 X 132.25 = 43.42X0.935X%43.40.332X132.2 = 9&8% 15%5带时限电流速断保护：与保护7的第I段相配合保护7的电流保护第I段动作电流为I1.3 X(3)kamax = 保护7的电流保护第I段动作电流为I1.3 X(3)kamax = 0.654KA0.654 = 0.8502

23、KAIoprelK,A- MAXII = 1.1IllII = 1.1 X 0.8502 = 0.9352KAoprelopK rel动作时限为tU灵敏度校验 =tI + t = t = 0.5s本线路DB末端的最小两相短路电流I（2）kdmin=0.7058KAsenMIN-0.75 1.55作远后备时，按相邻线路DA末端的最小两相短路电流IKAMIN来校验，KsenIK- A- MIN。= 0.567IIIIop0.2965 二 1.9 1.2（3）DA 5线路7QF的整定保护7在网络的末端，所以不存在与下级保护的配合问题，其速断保护（第 段）的整定电流按躲过本线路的最大负荷电流来整定，保

24、护线路全长，第二段 按过负 荷的方式整定，所以不需要第三段。瞬时电流速断保护 线路DA末端的最大三相短路电流1加右二0.654KA取K国二1.3,则保护7的电流保护第I段动作电流为 I 二 KI I（3）= 1.3 X 0.654 = 0.8502KAIopIoprelK A MAX 7保护围的校验最小运行方式下，DA线路X处两相短路的电流为:二un= 0.567KAK MI 2(Zs +X%XZ L - DA)-一7 =110X% X Z 21 s- 0.261 X 132.25 = 62.5L DA 21 k - min2X0.56-7X% 二一62.5-0.151X132,2 = 300

25、% 15%5过负荷保护的整定动作电流的整定二 1.5取 Kre = 0.85, rel = 1.2, K二 1.5KIIIII = k超 Kst = 1-2X1,5 X 230 = 487.1AIKre“ 八。opI L MA 0.85 7X动作时限为t 灵敏度校验作近后备时，（2）IK- A按本线路DA末端的最小两相短路电流IKAMN作近后备时，（2）IK- AiiiKsenopKsenop0.4871 = 1.2 1.5整定参数,保护编号I (KA)1QF3QF5QF7QF备注第I段IIop2.2981.4041.05950.8502保护范围 （%）8.7%100%98.8%300%第II

26、段III0P1.5441.1650.93520.4871这10.5s0.5s0.5s0KIIsen1.00.80.751.2第III段Iiii0P0.48710.31760.2965-till2.0s2s0.5s-iii3.12.92.4-近后备1.92.21.9远后备是否加电流电压互锁L八环节曰4 L /一加4 4 上匕 ZkTj不加不加不加5、绘出怵护5（或4）的继电怵护接线图（包括原囹和展开 图），并要用表格列出该保护需要设备的型号、规格及数量。TV6TA5O5QFTV5TA6Q6QF DTV6TA5O5QFTV5TA6Q6QF D具相电流继电器。相也流舞电器中线山流州E包露KCO具相电

27、流继电器。相也流舞电器中线山流州E包露KCO无时限电流速断保护带时限电流速断保护定时限过流速断保护延时速度按时限定时时限跳闸回路设备丁备一要一一型号数量电流继电器KALL-5C7时间继电器KTSS-21B2出口继电器KCODZ-824E1信号继电器KSDX-19E1电流互感器TA2电压互感器TV2跳闸线圈YR16、根据“继电保护和安全自动装置技术规程”及题目给定的要求，从选择性、灵敏性、速动性及可靠性四个方面来对本网络所采用的保护进行评价。一个 继电保护装置的好坏，主要是从它的选择性、灵敏性、速动性及可靠性等方面衡量的。1、选择性电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护只能保护线路全

28、 长，但不能作为下一段线路的后备保护，因此必须采用定时限过电流保护作为本线路和相 邻下一线路的后备保护。实际上，电流速断保护1段常常不能通过灵敏度的校验，主 要是因为系统运行方式变化比较大，在最小运行方式下，保护I段往往没有保护围， 为此，常使用电流电压联锁保护代替电流速断保护，实现I段的主保护。本设计中， 为了保证选择性，采用了功率方向元件，并通过上下级之间的配合实现了保护的选择 性。2、速动性电流电压保护第一段及第二段共同作为线路的主保护，能满足网络主保护 的速动性要求。而第三段保护则因为越接近电源，动作时间越长，有时动作时间长 达好 几秒，因而一般情况下只能作为线路的后备保护。本设计的主

29、保护动作时间满足题目要求。3、灵敏度电流保护的灵敏度因系统运行方式的变化而变化。一般情况下能满足灵敏 度要求。但在系统运行方式变化很大，线路很短和线路长而负荷重等情况下，其灵敏度 可能不容易满足要求，甚至出现保护围为零的情况。三段式电流保护的主 要优点是简 单、可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。缺点是它的灵敏度受保护方式和短路 类型的影响，此外在单侧电源网络中才有选择性。4、可靠性电流保护的电路构成，整定计算及调试维修都较为简单，因此，它是最可 靠的一种保护。计算整定过程的几个注意点：.单电源环形网络的相间短路保护可采用带方向或不带方向的电流电压保护，因此 在决定保护方式前，必须详细地计算短路点短路时，渡过有关保护的短路电流和保护安装处的残余电压，然后根据计算结果和题目的要求条件下，尽可能采